黄土地区受雨滴打击影响的片流搬运能力试验研究

The sediment transport capacity by sheet flow is the core input parameter of the processes-based sheet erosion model, and is the key parameter for the development of soil erosion process model and the improvement of prediction accuracy of soil erosion process model. However, in the past domestic and foreign researches, the researches on sediment transport capacity by raindrop-impacted sheet flow in Loess region were very weak, in addition, the past researches had obvious limitations and some considerable problems in sheet erosion processes observations. All of these have greatly restricted the establishments and developments of process-based sheet erosion model on hillslope, and the scientific requirements of controlling soil and water loss in the loess region. This project aims at sediment transport capacity by raindrop-impacted sheet flow in Loess region to identify the detachment, transport and their limited processes in sheet erosion processes on loess region, and the sediment transport capacities by sheet flow were obtained in the sheet erosion processes accurately. Moreover, the response of sediment transport capacity by sheet flow to rainfall characteristic parameters and hydrodynamic parameters were analyzed. The key rainfall characteristic parameter and hydrodynamic parameter that are most closely related to sediment transport capacity by sheet flow were selected, and the coupling relationship of sediment transport capacity by sheet flow with them will further be established, and the processes-based sediment transport capacity by sheet flow model will be derived. The study will help to advance the scientific establishment of process-based sheet erosion models in the loess plateau and provide a scientific basis for controlling soil and water loss on hillslope.

片流搬运能力是基于过程的片蚀模型的核心输入参数，是土壤侵蚀过程模型研发及其预报精度提升的关键参数。然而以往国内外研究中，对黄土地区受雨滴打击影响的片流搬运能力的研究很薄弱，且存在明显的局限性及观测问题，严重制约了黄土高原地区基于过程的片蚀模型的建立与发展，以及坡面水土流失治理的科学需求。本项目针对黄土地区受雨滴打击影响的片流搬运能力，采用集微径流小区、雨滴分离收集狭槽区及边界区于一体的三区土盘模拟降雨试验方法，通过判别片蚀过程中的分离、搬运及其限制过程，准确获得片蚀过程中的片流搬运能力，研究片流搬运能力对水动力学参数的响应，分析片流搬运能力对降雨特征参数的响应，筛选与片流搬运能力最密切的水动力学参数和降雨特征参数，进而揭示它们与片流搬运能力之间的耦合关系，建立黄土地区基于过程的片流搬运能力模拟模型。该研究将有助于推进黄土高原地区基于过程的片蚀模型的科学建立，为坡面水土流失治理提供科学依据。

片流搬运能力是基于过程的片蚀模型的核心输入参数，是土壤侵蚀过程模型研发及其预报精度提升的关键参数。然而以往国内外研究中，对黄土地区受雨滴打击影响的片流搬运能力的研究很薄弱，且存在明显的局限性及观测问题，严重制约了黄土高原地区基于过程的片蚀模型的建立与发展，以及坡面水土流失治理的科学需求。本项目针对黄土地区受雨滴打击影响的片流搬运能力，采用集微径流小区、雨滴分离收集狭槽区及边界区于一体的三区土盘模拟降雨试验方法，通过判别片蚀过程中的分离、搬运及其限制过程，准确获得片蚀过程中的片流搬运能力，研究了片流搬运能力对水动力学参数的响应，分析了片流搬运能力对降雨特征参数的响应，筛选了与片流搬运能力最密切的水动力学参数和降雨特征参数，进而揭示了它们与片流搬运能力之间的耦合关系，建立了黄土地区基于过程的片流搬运能力模拟模型。主要结果为：（1）片蚀过程中的分离、搬运及其限制过程主要表现为以完全受片流搬运限制的过程为主，但是随着降雨强度及坡度的不断增加，开始向受雨滴及片流分离限制的过程转变；（2）片流搬运能力均随着雨滴动能、雨滴终点速度及雨滴中数直径的增加而增加，片流搬运能力对降雨特征参数的响应均可以用幂函数很好的描述，雨滴动能是与片流搬运能力最密切的降雨特征参数；（3）片流搬运能力均随着水流剪切力、水流功率、单位水流功率及断面单位能量的增加而增加，片流搬运能力对水动力学参数的响应均可以用幂函数很好的描述，水流功率是与片流搬运能力最密切的水动力学参数；（4）建立了片流搬运能力对最密切的水动力学参数及降雨特征参数综合响应的最优片流搬运能力模拟模型。该研究将有助于推进黄土高原地区基于过程的片蚀模型的科学建立，为坡面水土流失治理提供科学依据。